【編者按】3D打印技術(shù)也在改變著航空航天這類高精尖產(chǎn)業(yè)多尺。關(guān)鍵零部件加工難滋觉、特殊材料利用率低等是長期以來制約航空航天發(fā)展的重要因素反惕。3D打印快速成型的特性使其成為航空航天領(lǐng)域未來最具潛力的技術(shù)之一沙涎。

今年的巴西里約因奧運(yùn)會成為焦點(diǎn)傅慈。而在里約的一個藝術(shù)展覽中，被譽(yù)為古代文明七大奇跡之一的奧林匹亞宙斯神像成為另一個熱點(diǎn)疼磺。令參觀者景仰的不僅是宙斯這位眾神之首碘淘，更是讓宙斯神像復(fù)原的“法寶”———3D打印刮血。

不僅在藝術(shù)領(lǐng)域，3D打印技術(shù)也在改變著航空航天這類高精尖產(chǎn)業(yè)惰采。專家指出颂鞭，關(guān)鍵零部件加工難、特殊材料利用率低等是長期以來制約航空航天發(fā)展的重要因素栋锣。3D打印快速成型的特性使其成為航空航天領(lǐng)域未來最具潛力的技術(shù)之一刑袒。

3D打印應(yīng)用廣泛

3D打印是一種快速成型技術(shù)，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料妙色，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)膨桂。或者更為專業(yè)的名稱“增材制造技術(shù)”席赂。

這項技術(shù)誕生于上個世紀(jì)90年代，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到建筑时迫、工程颅停、醫(yī)療、汽車掠拳、工業(yè)設(shè)計和航空航天癞揉，甚至珠寶、藝術(shù)等諸多領(lǐng)域溺欧。上文提到的“宙斯的穿越”就是一個很好的例證喊熟。

“的確，增材制造技術(shù)的快速建模姐刁、快速成型可以大大縮短產(chǎn)品的設(shè)計周期或者生產(chǎn)周期芥牌，更重要的是，它可以打印出或者說制造出傳統(tǒng)工藝無法做到的產(chǎn)品設(shè)計聂使。這是很有意思的壁拉，也是航空航天引入增材制造技術(shù)的重要原因“匕校”霍尼韋爾科技事業(yè)部航空航天中國研發(fā)中心總經(jīng)理徐軍說弃理。

作為將3D打印技術(shù)引入航空航天業(yè)的領(lǐng)先者，霍尼韋爾在中國的3D打印實驗室于2014年建成铛田，全球其它三個實驗室分別位于美國挂蹦、印度和捷克。自2010年起嚣历，霍尼韋爾就開始深耕3D打印領(lǐng)域叼叙，積累了豐富的研究經(jīng)驗，并成功地將3D打印技術(shù)生產(chǎn)出的零件裝配在了飛機(jī)發(fā)動機(jī)上盟挤。

2010年6月么酪，霍尼韋爾首次采用718鎳合金3D打印了一個切向注入噴嘴(TOBI)掌范，并將其安裝在了霍尼韋爾飛行試驗臺上。2012年1月捏诫，霍尼韋爾使用同種材料打印了旋流發(fā)生器凿芦，并在客戶的飛行試驗臺上進(jìn)行了測試。三年后连定，霍尼韋爾則使用電子束熔煉(EBM)技術(shù)铝框，利用鉻鎳鐵合金718材料生產(chǎn)了HTF7000發(fā)動機(jī)的管腔。

與傳統(tǒng)制造方式相比磁携，3D打印在航空航天裝備制造方面優(yōu)勢頗多褒侧。首先，3D打印的加工過程則不受零件復(fù)雜程度所限谊迄，這與航空航天裝備關(guān)鍵零部件的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)通常較為復(fù)雜的特點(diǎn)相吻合闷供。其次，3D打印技術(shù)可以輕松地加工高熔點(diǎn)统诺、高硬度的高溫合金歪脏、鈦合金等難加工的航空航天裝備關(guān)鍵零部件材料，且3D打印加工過程中對材料的利用相對充分粮呢，可以顯著降低制造成本等婿失。

尚有難關(guān)待破

不過，3D打印使用中還有一些難關(guān)待攻克啄寡。以金屬3D打印為例豪硅，多被用于機(jī)械制造和航空航天工程中形狀復(fù)雜的零件制造，對技術(shù)指標(biāo)要求極高挺物。正因如此懒浮，“有的時候，3D打印機(jī)也不是那么配合盘胯∩竟悖”霍尼韋爾科技事業(yè)部航空航天中國研發(fā)中心增材制造工程項目經(jīng)理AlexandreBaudot說道，“它似乎不太友好咧笔，要為難我們一下鉴膝。”目前垂票，他正帶領(lǐng)3D打印熱交換器項目組進(jìn)行技術(shù)攻堅，他所說的“為難”渔茉，也就是他們與3D打印機(jī)半年多來的“斗智斗勇”育需。

“熱交換器最大的挑戰(zhàn)在于它里面的翅片非常薄，只有不到0.2毫米牡违。而3D打印機(jī)能夠穩(wěn)定發(fā)揮的極致是0.3-0.4毫米阎揪，這是機(jī)器本身的一個限制吩欣，同時也因為金屬粉末在高能激光燒結(jié)下會發(fā)生膨脹，冷卻后會有點(diǎn)收縮海庆，因此會和理論值產(chǎn)生誤差恋瞳。所以說它不可能做到完全地讓你隨心所欲地打出想要多薄就多薄的東西。應(yīng)該說溃蔫，是我們先‘為難’它了健提。”郭鑫是霍尼韋爾在科技事業(yè)部航空航天中國研發(fā)中心3D打印實驗室的機(jī)械工程師伟叛，也是這個項目的主要成員之一私痹。在加入霍尼韋爾之前，他的工作只與2D打印有關(guān)统刮。有機(jī)會學(xué)習(xí)3D打印技術(shù)紊遵，是他加入霍尼韋爾的原因。

這個項目的另一位主要成員是高級機(jī)械設(shè)計工程師竇娟侥蒙。與郭鑫不同暗膜，她在霍尼韋爾工作了九年多。但相同的是鞭衩，加入這個3D打印實驗室之前学搜，她與此有關(guān)的經(jīng)驗為零〈椎“沒有什么秘訣恒水，就是不斷地學(xué)習(xí)、接受各種培訓(xùn)俗耗，我拿到支撐設(shè)計資格證書的時候姑郊，還是有點(diǎn)小小的自豪的》炝”竇娟說裂膛。

支撐設(shè)計對3D打印至關(guān)重要。設(shè)計得太復(fù)雜不利于打印废徙，也會給打印完成之后的移除帶來巨大的工作量和成本紧贪。但是設(shè)計得不到位，打印就會失敗爵孔。3D打印并不像打印紙張那樣藤该，放進(jìn)一張紙，紙就會從打印機(jī)里吐出來神阔。由于它是一個三維立體的東西里状，它需要先打印在一個底座上才行，而底座和這個物件之間，就需要一個支撐鳞编。竇娟說起3D打印的設(shè)計支撐汁蝶，還是帶著一些小小的自豪。

從年初到現(xiàn)在论悴，這個項目組已經(jīng)進(jìn)行了6次“設(shè)計試驗”掖棉。每一次的試驗從計劃、設(shè)計膀估、打印幔亥、移除支撐到測量和測試功能，大約10天左右的時間玖像。突破紫谷，發(fā)生在第2次試驗之后。竇娟和郭鑫分別從支撐設(shè)計和3D打印機(jī)的參數(shù)和功能設(shè)置上找到了可行的解決辦法捐寥，并且在第3次試驗開始嘗試不同的組合笤昨，以期找到最完美的“配方”，攻克難關(guān)握恳。

項目組認(rèn)為瞒窒，熱交換器是機(jī)械元件產(chǎn)品組合中的重要元件之一。傳統(tǒng)制造工藝使這種產(chǎn)品的設(shè)計和打樣需要投入很高的成本乡洼，更換翅片設(shè)計更是需要在模具上耗費(fèi)相當(dāng)?shù)某杀境绮谩Ｒ环N翅片的工期從生產(chǎn)到裝配，短則半年扛焊，長則一年波耗。更重要的是傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)熱交換器的成品率相當(dāng)?shù)停挥?5%崎绽⌒萘玻“因此，我們十分期待有朝一日宅殿，這樣的產(chǎn)品能夠通過3D打印技術(shù)來生產(chǎn)史糕。”在項目組看來诞书，與3D打印機(jī)“斗智斗勇”并不是一件痛苦的事情锤知，相反，他們覺得每一次的嘗試快檀，都往目標(biāo)邁進(jìn)了一步贩纵。

專家指出，航空航天作為3D打印技術(shù)的首要應(yīng)用領(lǐng)域都晶，其技術(shù)優(yōu)勢明顯然走，但是這絕不是意味著金屬3D打印是無所不能的援制，在實際生產(chǎn)中戏挡，其技術(shù)應(yīng)用還有很多亟待決絕的問題芍瑞。目前3D打印還無法適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)，滿足不了高精度需求褐墅，無法實現(xiàn)高效率制造等拆檬。而且，制約3D打印發(fā)展的一個關(guān)鍵因素就是其設(shè)備成本的居高不下妥凳。但隨著材料技術(shù)竟贯，計算機(jī)技術(shù)以及激光技術(shù)的不斷發(fā)展，制造成本將會不斷降低逝钥，3D打印將會在制造領(lǐng)域綻放光芒屑那。

3D打印成舍弗勒戰(zhàn)略重點(diǎn)

機(jī)床制造商德馬吉森精機(jī)公司和滾動軸承、線性滑軌和驅(qū)動技術(shù)系統(tǒng)供應(yīng)商舍弗勒技術(shù)股份兩家公司日前在日本國際機(jī)床展覽會上簽署合作協(xié)議艘款，致力于在滾動軸承增材制造領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)雙方的共同發(fā)展持际。增材制造是舍弗勒發(fā)展規(guī)劃的戰(zhàn)略重點(diǎn)。

舍弗勒集團(tuán)工業(yè)事業(yè)部首席執(zhí)行官斯特凡·施平德勒博士表示：“雙方合作哗咆，互利共贏搂物，可推動機(jī)床業(yè)的未來和滾動軸承技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。我們共同完成的‘機(jī)床4.0’發(fā)展項目已以其豐碩成果證明了這一點(diǎn)读铁。雙方在增材制造領(lǐng)域的合作意味著未來發(fā)展歷程中又出現(xiàn)了一個重要戰(zhàn)略領(lǐng)域囱蕴。”

德馬吉森精機(jī)公司研發(fā)的Lasertec653D技術(shù)為雙方的合作發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)砂两，這是一款五軸多工序自動數(shù)控機(jī)床朋堪，其中包括舍弗勒將采用的激光金屬沉積焊接機(jī)。該機(jī)床旨在發(fā)展激光金屬沉積焊接增材生產(chǎn)技術(shù)汪汰，并將其最終運(yùn)用于滾動軸承部件的原型及小批量柔性制造中盹扮。

雙方合作聚焦于工藝流程、所用材料及材料與工藝的匹配性篓疚。采用激光金屬沉積焊接技術(shù)可在熔化材料的同時將其應(yīng)用于物體表面衬朗，因此材料為金屬粉末，而熱源是一種高性能激光掂演。增材制造工藝與德馬吉森精機(jī)公司為混合設(shè)備而研發(fā)的傳統(tǒng)五軸機(jī)械加工技術(shù)相結(jié)合捧贺，以此方式可提高部件加工速度。

今年年初栓拜，雙方開始在銷售領(lǐng)域進(jìn)行合作座泳，并將這種合作關(guān)系進(jìn)一步延伸到了2017年的日本國際機(jī)床展覽會。作為合作方幕与，舍弗勒承擔(dān)了德馬吉森精機(jī)公司軸承和線性滑軌在全球范圍內(nèi)的銷售工作挑势。在東京舉辦的日本國際機(jī)床展覽會上，舍弗勒和德馬吉森精機(jī)公司展示了與其他合作伙伴共同完成的“機(jī)床4.0”創(chuàng)新項目。

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